北京理工大學(xué)團(tuán)隊在第二類反鐵電性研究方面取得重要進(jìn)展

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，北京理工大學(xué)物理學(xué)院余智明教授、張閏午研究員和姚裕貴院士團(tuán)隊在反鐵電性的研究中取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊超越傳統(tǒng)反鐵電理論框架，提出了“第二類反鐵電性”的概念，在第二類反鐵電體中第一次實現(xiàn)了反鐵電序參量的定量研究，并極大地拓寬了反鐵電材料的存在范圍。通過對稱性分析，該團(tuán)隊給出了第二類反鐵電性在晶體中的存在條件，發(fā)現(xiàn)該體系中反鐵電序參量和反鐵磁序或交錯磁序必然耦合在一起，展現(xiàn)出穩(wěn)健且新奇的磁電耦合效應(yīng)。該工作以“Type-II Antiferroelectricity”為題發(fā)表于國際物理學(xué)頂級期刊《Physical Review Letters》。北京理工大學(xué)為該工作的第一完成單位，余智明教授、張閏午研究員、楊聲遠(yuǎn)教授(香港理工大學(xué))和姚裕貴教授為論文的共同通訊作者，博士生汪洋為論文的第一作者，崔朝喜、韓依琳，何婷麗和吳維康(山東大學(xué))等參與了該項研究工作。該工作得到科技部重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等項目的支持。
 

　　反鐵電性是物理和材料科學(xué)中一個重要的基本概念，于20世紀(jì)50年代被提出。傳統(tǒng)反鐵電體中電偶極矩在晶格內(nèi)以反平行方式有序排列，凈電極化為零。迄今為止，反鐵電材料已在多個材料體系中被發(fā)現(xiàn)，并因其在高性能電容器、固態(tài)制冷、致動器、換能器以及存儲器件等方面的潛在應(yīng)用而受到廣泛關(guān)注。但是，傳統(tǒng)反鐵電體一直存在一個關(guān)鍵的基本問題，也即，其與現(xiàn)代電極化理論并不相容，使得反鐵電序在傳統(tǒng)反鐵電體中沒有公式進(jìn)行定量計算，在實際中只能近似估計。
 

　　近日，北京理工大學(xué)余智明教授，姚裕貴院士團(tuán)隊和香港理工大學(xué)楊聲遠(yuǎn)教授合作超越傳統(tǒng)反鐵電理論框架，創(chuàng)新性地提出了一類新的反鐵電體：第二類反鐵電性。在第二類反鐵電體中，體系的反鐵電性并非來自實空間的晶格畸變而是不同本征態(tài)的電子具有相反的電極化。具體而言，第二類反鐵電體的價帶可通過對稱性分解為相互解耦但又有對稱性聯(lián)系的兩個子空間。在這兩個子空間中，價帶電子的電極化可以通過貝里相位理論嚴(yán)格計算得到，假定為P+和P-。當(dāng)P+=- P-，體系的凈極化為零，但具有可良好定義并嚴(yán)格計算的反鐵電序：Q= (P+- P-)/2。對稱性分析表明第二類反鐵電體中反鐵電序必然與反鐵磁序或交錯磁序共存，即它們具有內(nèi)稟的多鐵性。根據(jù)對稱性的差異，第二類反鐵電體可進(jìn)一步劃分為多個子類，例如自旋反鐵電和鏡面反鐵電等。研究團(tuán)隊也列出了能夠荷載自旋反鐵電和鏡面反鐵電的晶體群。
 

　　進(jìn)一步，研究團(tuán)隊也構(gòu)建了具體的晶格模型以展示其基本物理機(jī)制，并在多種材料體系中預(yù)言了具體的自旋反鐵電材料，包括FeS、Cr?O?、MgMnO?、單層MoICl?以及雙層CrI?。相比于傳統(tǒng)的反鐵電體，第二類反鐵電體會表現(xiàn)出獨特物理性質(zhì)，例如在反鐵電序翻轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生純自旋電流、在邊界和疇壁處會出現(xiàn)自旋極化，以及強(qiáng)磁電耦合效應(yīng)。
 

　　該研究揭示了一類不同于傳統(tǒng)反鐵電體的新型反鐵電體系。第二類反鐵電體的提出不僅極大地擴(kuò)展了反鐵電材料的存在范圍，而且其本征多鐵性和獨特性質(zhì)在基礎(chǔ)研究和潛在器件應(yīng)用方面均具有重要意義。
 

　　引用：北京理工大學(xué)團(tuán)隊在第二類反鐵電性研究方面取得重要進(jìn)展 北京理工大學(xué)【引用時間：2026年7月13日】